細胞運命を導くエピゲノム制御の順序性を解明~エピゲノムの一細胞計測と統合解析により、遺伝子を制御する仕組みを可視化~

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2025-12-17 九州大学

九州大学生体防御医学研究所・医学研究院の研究グループは、細胞運命を決定する遺伝子発現制御における「エピゲノム制御の順序性」を一細胞レベルで可視化することに成功した。研究チームは、単一細胞から複数のエピゲノム情報を同時取得できる新手法「sci-mtChIL-seq」を開発し、転写因子やヒストン修飾、RNAポリメラーゼIIのゲノム結合状態を統合解析した。その結果、遺伝子活性化に際して、どの制御因子がどの順序でDNA上に集積するのかを初めて明確に示した。本成果により、細胞分化や疾患進行に伴う遺伝子発現制御の時間的ダイナミクスの理解が大きく進展し、再生医療や疾患研究における治療介入時期や標的探索への応用が期待される。本研究はNature Communications誌に掲載された。

細胞運命を導くエピゲノム制御の順序性を解明~エピゲノムの一細胞計測と統合解析により、遺伝子を制御する仕組みを可視化~
図:sci-mtChIL-seqを用いた遺伝子制御機構の解析方法

<関連情報>

単一細胞マルチエピゲノムデータ統合フレームワークによるエピゲノムダイナミクスの再構築 Reconstructing epigenomic dynamics through a single-cell multi-epigenome data integration framework

Takeru Fujii,Kosuke Tomimatsu,Michiko Kato,Miho Ito,Shoko Sato,Hitoshi Kurumizaka,Yuko Sato,Kazumitsu Maehara,Hiroshi Kimura,Akihito Harada & Yasuyuki Ohkawa
Nature Communications  Published:17 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-67016-9

Abstract

Transcriptional regulation arises from the dynamic and combinatorial actions of multiple regulatory factors on genomic DNA. Although many epigenomic regulators have been identified, the precise order in which these factors accumulate at individual gene loci to activate transcription remains unclear. Here we show a single-cell data integration framework that infers the binding order of multiple chromatin factors at single-cell resolution. Central to this framework is sci-mtChIL-seq, a scalable single-cell method that simultaneously profiles genome-wide binding of RNA polymerase II (RNAPII) and diverse epigenomic regulators. By defining transcriptional states through RNAPII occupancy and integrating multiple sci-mtChIL-seq datasets, we systematically link the combinatorial patterns of transcription factor binding, histone modifications and chromatin remodeling. This framework reveals the temporal coordination among chromatin factors during transcriptional activation, providing a powerful approach to uncover context-dependent epigenomic dynamics and the principles of gene regulation in complex cellular systems.

細胞遺伝子工学
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